Fundamentos da Perfuração Direcional

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Fundamentos da Perfuração Direcional 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
Um poço é direcional quando o objetivo a atingir não se encontra na mesma vertical da locação da sonda, sendo necessário utilizar 
técnicas especiais não empregadas na perfuração de poços verticais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fundamentos da Perfuração Direcional 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
Um poço é direcional quando o objetivo a atingir não se encontra na mesma vertical da locação da sonda, sendo necessário utilizar 
técnicas especiais não empregadas na perfuração de poços verticais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 APLICAÇÕES 
 
 
 
 
 - CONTROLE DE POÇOS VERTICAIS - POÇOS EM ESTRUTURAS MÚLTIPLAS 
 
 - LOCAÇÕES INACESSÍVEIS - POÇOS DE ALÍVIO 
 
 - PERFURAÇÃO EM DONO SALINO - POÇOS DIRECIONAIS NATURAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 APLICAÇÕES 
 
 
 
 
 - CONTROLE DE POÇOS VERTICAIS - POÇOS EM ESTRUTURAS MÚLTIPLAS 
 
 - LOCAÇÕES INACESSÍVEIS - POÇOS DE ALÍVIO 
 
 - PERFURAÇÃO EM DONO SALINO - POÇOS DIRECIONAIS NATURAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 - POÇOS HORIZONTAIS - POÇOS DE GRANDE AFASTAMENTO 
 
 - POÇOS DESIGNER WELLS - POÇOS RIVER CROSSING 
 
 
 
 
 
 
 - POÇOS HORIZONTAIS - POÇOS DE GRANDE AFASTAMENTO 
 
 - POÇOS DESIGNER WELLS - POÇOS RIVER CROSSING 
 
 
 
 
PROJETO DE POÇOS DIRECIONAIS 
 
O projeto consiste na determinação da trajetória que o poço deverá seguir para atingir o objetivo. Para se elaborar o projeto do perfil 
de um poço direcional, devemos inicialmente coletar as informações necessárias ao cálculo e à adequação do perfil às diversas 
formações que serão atravessadas durante a perfuração. Como principais elementos para a definição do perfil direcional, podemos 
destacar: 
 
 
 
 
 
 - Coordenadas U.T.M. da Locação da Sonda (Base) e do Objetivo 
 
 - Coluna Geológica prevista, Profundidade Vertical do Objetivo e Profundidade Vertical Final 
 
 - Determinação do Ponto de Desvio Orientado do Poço (KOP) e Seção de Crescimento da Inclinação (Build Up). 
 
 - Escolha do Perfil do Poço. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Coordenadas U.T.M. da Locação da Sonda (Base) e do Objetivo 
 
 
 
 
 
Greenwich
Equator
30° N Latitude
S
0°
120°
60°
30°90°
30°
Location Defined by
 30° N Lat. & 85° W Long.
EW
TN
Zero Meridian
85° W Longitude
15°
30°
45°
60°
75°
0°
Parallels
Meridians
True North
Grid Projection
GNGN TN
Grid North
(East of True North)
Grid North
(West of True North)
Meridian of Longitude
Rings of Latitude
Central meridian (True North = Grid North)
N
E
TN
D = ( ) 2n n e e1 2 1 2 2- -+ ( ) 
 
Direção =
-
-
Arctg
e e
n n
1 2
1 2
 
 
D - Afastamento Base - objetivo 
Direção - Direção Base - objetivo 
e1 - Coordenada E do objetivo 
n1 - Coordenada N do objetivo 
e2 - Coordenada E da base 
n2 - Coordenada N da base 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
C O O R D E N A D A S U T M : 
 
B A S E : N = 8 . 6 0 9 . 888 , 17 m O b j e t i v o : N = 8 . 6 0 9 . 755 , 0 0 m 
 E = 540 . 506 , 33 m E = 5 40 . 357 , 0 0 m 
 
Afastamento Base – Alvo = 200 m 
Direção Base – Objetivo = S 48,27° W 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Coluna Geológica prevista, Profundidade Vertical do Objetivo e Profundidade Vertical Final 
 
 - Determinação do Ponto de Desvio Orientado do Poço (KOP) e Seção de Crescimento da Inclinação (Build Up). 
 
 - Escolha do Perfil do Poço. 
 
 
 
 
 
 
TIPO I (SLANT) 
 
Deve ser escolhido quando o afastamento horizontal é grande em relação à profundidade do poço e o KOP deve ser feito próximo à 
superfície. Caracteriza-se por ter um trecho de crescimento de inclinação (build-up), com taxa constante, e termina com um trecho 
de inclinação constante (Slant), passando pelo centro do alvo, prosseguindo até atingir a profundidade final. É o mais comumente 
usando devido a maior facilidade de execução, ter o KOP mais próximo da superfície, facilitando a orientação da ferramenta 
defletora e possibilitando economia no tempo de manobra e no custo final do poço. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TIPO II (POÇO EM "S") 
 
Pode ser escolhido sempre que o afastamento horizontal for pequeno em relação à profundidade do poço e o KOP deve ser feito 
próximo à superfície. É preferido em substituição a um poço que, quando calculado para o tipo I, resulte em baixa inclinação final, 
portanto de difícil controle direcional. Caracteriza-se por ter, após os intervalos de "build-up" e inclinando constante, um intervalo 
de perda de inclinação a taxa constante (Drop-off) até atingir a vertical ou uma inclinação próxima a esta. Como inconveniências, 
na execução deste tipo de perfil, destacamos: alto desgaste das colunas de perfuração e de revestimento, aumento da possibilidade 
de formação de chaveta e conseqüente prisão de coluna. No ponto de vista econômico, pode implicar no uso de mais um 
revestimento para cobrir o trecho em "drop-off". 
 
 
TIPO III 
 
Assemelha-se ao tipo I com a diferença de o KOP ser mais profundo. Caracteriza-se por terminar na fase de "build-up", sem o 
trecho de inclinação constante. São utilizados em geral para aproveitamento de poços verticais secos. Como o KOP é profundo, 
pode ser necessária a utilização de ferramentas especiais na orientação da ferramenta defletora. 
 
 
 
 
- Taxa de “Build Up” Poços Direcionais 
 
A taxa de "build-up" mais comumente usada é de 2.5º/30m que implica num raio de curvatura de 688m e normalmente não tem 
apresentado problemas. Dependendo do caso pode-se usar taxas mais suaves como 2º/30m ou 1/º30m que minimizarão problemas 
de "drag", torque e repasses. Taxas tão fortes como 4º/30m ou superiores só deverão ser usadas quando for imperativo um 
crescimento mais rápido da inclinação. 
 
 
 
- Taxa de “Build Up” Poços Horizontais 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RAIO LONGO RAIO MÉDIO RAIO INTERM. RAIO CURTO
2º - 8º/30m
R= 860 - 214m
8º - 30º/30m
R=214 - 58m
30º - 60º/30m
R= 58 - 29m
60º - 200º/30m
R= 29 - 9m
 
 
 
 
 
- Taxa de “Drop Off” Poços Direcionais 
 
Para um mesmo projeto, a taxa de "drop-off" escolhida é normalmente menor do que a taxa de "build-up" utilizada. Exemplo: para 
taxa de "build-up" de 3º/30m usar taxa de "drop-off" de 1.5º/30m, ou menor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Acompanhamento Direcional 
 
Para se saber a posição do poço após cada registro, são feitos alguns cálculos para se encontrar as coordenadas do fundo do poço 
em relação à superfície. Entre os métodos existentes, Ângulo Médio e Mínimo Curvatura são os mais usados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- “Dog Leg Severity”"Dog Leg" é o resultado da variação da trajetória do poço detectada através de registros de inclinação e direção entre duas estações. 
Como essa variação, se muito brusca, pode acarretar problemas sérios para o poço, é necessário um acompanhamento avaliando a 
cada registro a sua intensidade. Para proceder a essa avaliação faz-se necessária uma unidade padrão (graus/100 pés ou graus/30m) 
a partir da qual se pode estabelecer comparações com valores preestabelecidos de "dogleg". O "dog leg" expresso nessa unidade é 
conhecido como "Dog Leg Severity" (D.L.S). Um limite seguro para o "Dog Leg Severity" depende da formação que está sendo 
perfurada, diâmetro do poço, diâmetro dos componentes da coluna de perfuração, diâmetro do revestimento a ser descido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
D.L. S.=
I I I I COS(A - A )
∆
1 1 2 1 2
Pm
2 + - * * *
*
2
2 2
30 
 
Onde: D.L.S. = "Dog Leg Severity" (graus/30 m) 
 I1 = inclinação do 1º registro em graus 
 I2 = inclinação do 2º registro em graus 
 A1 = azimute do 1º registro em graus 
 A2 = azimute do 2º registro em graus 
 ∆ Pm = intervalo entre os dois registros em metros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Equipamentos de Registro Direcionais 
 
Existem diversos tipos de equipamentos para efetuar registros direcionais, podendo ser classificados como equipamentos de 
registros simples, múltiplos e contínuos. Podem ser também giroscópicos ou magnéticos. Cada registro direcional traz como 
informações principais a inclinação e a direção do poço na estação onde foi tomado. Além dessas informações o registro poderá 
indicar a orientação da face da ferramenta (tool face), temperatura no fundo do poço, existência de interferência magnética, etc. Os 
equipamentos de registros direcionais mais utilizados são: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Métodos de Deflexão 
 
 
 
 
Whipstock: O whipstock é uma cunha de aço temperado com a extremidade em 
forma de ponta, com uma ranhura côncova que guia a broca do whipstock 
(menor do que a broca de perfuração) de encontro à parede do poço. O 
whipstock é anexado à coluna de perfuração através de um pino de cizalhamento 
(shear pin), que é cizalhado após ter sido feita a sua orientação dentro do poço. 
Depois que um rat hole de +/-6m é perfurado, a coluna deve ser trocada e um 
hole opener é descido. O rat hole é então alargado e uma coluna de build-up é 
descida para se obter mais alguma inclinação. 
 
 
 
 
 
 
Jetting (Jateamento) – Quando a formação é muito mole, este sistema de 
deflexão pode ser usado. brocas tricônicas são usadas na operação, com um ou 
dois dos jatos maiores que o terceiro. A força hidráulica “lava” o poço na direção 
em que a vazão é maior, permitindo a deflexão do mesmo. Este método usa 
alternadamente Jateamento e Perfuração Rotativa e registros direcionais são 
constantemente tomadas para se evitar dog legs muito severos. 
 
 
 
 
 
 
- Motores de Fundo 
 
É um motor hidráulico movido pelo fluxo do fluido de perfuração que passa pelo seu interior e é conectado imediatamente acima da 
broca para transmitir torque e rotação à mesma. A deflexão pode ser obtida através de um sub torto (bent sub) posicionado acima do 
motor durante a perfuração orientada (slide) ou através da deflexão no próprio corpo (bent housing) do motor, os motores com 
“bent housing” conhecidos com “Steerable” podem serem utilizados para perfuração orientada (slide) ou rotativa. Quando 
associados a um conjunto de medição contínua sem cabo ( MWD ), formam o que chamamos de STEERABLE SYSTEMS. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bent sub down-hole motor 
Single-bent housing down-hole motor 
Bent sub and bent housing down-hole motor with same direction 
Double-bent housing down-hole motor with different direction 
- Rotary Steerable Tool (RST) 
 
O RST, é uma ferramenta defletora que é conectada imediatamente acima da broca, na qual permite a alteração com taxa 
controlada na trajetória do poço em qualquer direção e inclinação, sem que seja necessário parar a rotação da coluna. 
 
Sistema “Push the Bit” - Operam através de pistões posicionados logo acima da broca, na qual empurram a parte inferior da coluna 
no sentido desejado e com intensidade necessária para obter a alteração da trajetória programada. 
 
Sistema “Point the Bit” - Operam através de um sistema de anéis excêntricos, na qual é criada uma flexão no eixo principal da 
ferramenta, que resulta na orientação da broca na direção oposta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
D500 Single-Lobe
Motors
Bent Sub Singleshot
Multi-Lobe
Motors Bent Sub Steering Tool
Steerable
Motors
Adjustable
Bent Housing
MWD / LWD
Dynamic Rotary
Steerable Tools
Pistons
or
Paddles
25-90 deg Type I-III
Horizontal & ERD
Wells
MWD / LWD
Static Rotary
Steerable Tools
Circumferential
Forces MWD / LWD
Deflection Tool Type Well Inclination Survey MethodDrilling Tool Type
25-35 deg Type
I, II, III Wells
25-55 deg Type
I, II, III Wells
25-90 deg Type I-III
& Horizontal Wells
25-90 deg Type I-III
Horizontal & ERD
Wells
1960 1970 1980 1990 2000
PDM & Wireline MWD Steerable Rotary
Bent Sub Steering Tool Motor Steerable
 Systems
Evolution of Steerable Systems